冷却塔逆用吸热过程多场耦合反向模拟策略与机理研究项目摘要

随着空调用开式冷却塔逆用吸热技术相关产业的快速发展，塔内流体流动均匀性与吸热稳定性差、吸热效率低等问题日益突出，正确认识塔内流体的流动特性与热质耦合交换过程是该冷却塔合理设计与优化运行的基础。本课题以冷却塔逆用吸热过程为研究对象，以实现其稳定、高效吸热为目标，通过理论分析、数值模拟与实验研究相结合的方法，建立塔内液膜流动和热质耦合传递特性的数学模型，探索波纹填料表面气液两相流动分布规律及其热质耦合传递过程的作用机制；在此基础上，本课题基于逆向思维进一步研究反向模拟塔吸热过程多场耦合原理，探索减少反向模拟过程所需计算时间的方法，建立反向模拟计算稳定性准则，寻找反向模拟结果的准确辨识方法，并采用双盲法对反向模拟进行实验验证。研究成果将为空调用开式冷却塔逆用稳定、高效吸热提供理论基础和依据，具有重要的学术研究价值和应用前景。

本项目以冷却塔逆用吸热过程为研究对象，以实现其稳定、高效吸热为目标，采用理论和实验相结合的方法，对RUCT内流体流动和热质传递过程的耦合机理进行了研究。设计搭建了实验系统，测试了RUCT气液两相逆流吸热过程溶液流量、溶液温度、空气温度、空气相对湿度、流速等因素对气液两相热质耦合传递性能的影响；基于RUCT运行工况与波纹填料特点，建立了填料表面在反向切应力作用下液膜流动与热质耦合传递特性的数学模型，通过数值仿真结合试验分析多种边界条件对RUCT内流动和传热传质过程性能参数的影响。基于数值模拟及实验结果，研究分析了波纹填料表面气液两相流动分布规律及其热质耦合传递过程的作用机制,尝试采用逆向思维对RUCT 内流体流动和热质耦合传递过程进一步进行研究，探索反向研究方法，得到了可表征RUCT传质与传热性能的无量纲准则关联式和波纹填料间气液两相传热传质出口参数与入口参数的函数式。 目前，空调用开式冷却塔逆用吸热技术相关产业快速发展，塔内流体流动均匀性与吸热稳定性差、吸热效率低等问题日益突出。本项目通过理论与实验研究，对冷却塔逆用吸热塔内流体的流动特性与热质耦合交换过程有了深刻认识，其研究成果可为空调用开式冷却塔逆用稳定、高效吸热提供理论基础和依据。 2100433B

高混凝土坝等水工混凝土结构在浇筑成形过程中普遍存在的微细裂纹和缺陷常可引起新裂纹甚至宏观裂缝。针对高混凝土坝的结构特点，利用地下水温度环境耦合模拟试验系统建立渗流-应力-温度等多场耦合的试验模型，进行多场耦合条件下水工混凝土结构裂缝萌生、发展的室内模拟试验，研究并揭示水力劈裂的机理。结合断裂力学、损伤力学理论和双K断裂模型，采用无单元法与有限元法耦合分析技术，分析研究水工混凝土结构在渗流和温度作用下裂缝从萌生、发展到失稳的过程，揭示裂缝扩展的变化规律以及水力劈裂的形成和扩展机理，建立温度-渗流-应力耦合条件下水工混凝土结构水力劈裂的数值分析模型，以预测裂纹的萌生位置和扩展长度，实现水工混凝土结构水力劈裂全过程的仿真模拟。高混凝土坝易出现裂缝并进一步扩展危及结构安全，尤其是坝踵等部位，故该成果可广泛应用于水工混凝土结构的计算分析和安全评价，不仅具有理论意义，而且具有重要的应用价值。

土石坝与堰塞坝溃决机理与溃坝过程模拟是一门涉及岩土力学、水力学与泥沙运动理论的新兴学科，近年来日益频繁发生的极端气候现象和地震，促进了该学科的快速发展。陈生水编著的《土石坝溃决机理与溃坝过程模拟》首先根据国内外典型溃坝案例调查资料，总结分析了土石坝的溃决原因及溃坝特征；重点介绍了国内外在土石坝与堰塞坝形成和溃决机理及溃坝过程模拟领域的研究进展，特别是作者在土石坝三种主要坝型和堰塞坝溃坝离心模型试验和漫顶与渗透破坏溃坝过程数值模拟方面的最新研究成果；最后介绍了国内外溃坝洪水演进数值模拟方法及常用计算机软件，给出了研究成果在水库大坝溃坝洪水风险图编制中的应用实例。

《土石坝溃决机理与溃坝过程模拟》可供从事土石坝工程安全专业的研究和管理人员参考，也可作为水利工程等相关专业本科生、研究生的教材或参考书。